TPMS方案介绍
间接式tpms工作原理
间接式TPMS工作原理一、间接式TPMS概述TPMS，全称为轮胎压力监测系统，是一种汽车安全辅助系统，主要用于实时监测轮胎的气压、温度等参数，并在异常情况下向驾驶员发出警告，以防止因轮胎故障而引发的交通事故。
间接式TPMS是TPMS的一种类型，与直接式TPMS不同，它通过监测轮胎的某些参数来间接推断轮胎的气压和温度。
二、间接式TPMS工作原理间接式TPMS通常依赖于汽车ABS（防抱死制动系统）或ESC（电子稳定控制系统）中的轮速传感器。
这些传感器原本用于监测车轮的转速，以辅助ABS或ESC系统的工作。
通过这些传感器，间接式TPMS可以获取车轮转速的相关数据。
当车轮转速发生变化时，系统会检测到这种变化并分析其原因。
例如，当某个轮胎的气压突然下降时，轮胎的半径将减小，导致车轮的转速增加。
间接式TPMS通过监测这种转速的变化来判断轮胎的气压是否正常。
具体的分析算法可能因不同车型和品牌而有所差异，但大致流程如下：1.传感器监测每个车轮的转速。
2.系统将收集到的转速数据与正常值进行比较。
3.如果某个车轮的转速出现异常，系统将发出警告，提示驾驶员检查该轮胎的气压和温度。
4.警告信息通常通过仪表盘上的指示灯或声音提示向驾驶员传达。
间接式TPMS的优点在于其成本较低，因为不需要在每个轮胎上安装独立的传感器。
但是，由于其依赖于ABS或ESC系统的轮速传感器，因此可能会受到这些系统精度和可靠性的影响。
三、间接式TPMS优缺点优点：1.成本效益：由于间接式TPMS不需要在每个轮胎上安装独立的传感器，因此其成本相对较低。
这对于一些中低端汽车来说是一个重要的考虑因素。
2.与现有系统的集成：间接式TPMS可以利用汽车已经安装的ABS或ESC 系统的轮速传感器，因此不需要额外的硬件和线路。
3.易于安装和维护：与直接式TPMS相比，间接式TPMS的安装和维护更为简便，因为其依赖的是现有的传感器和系统。
缺点：1.精度问题：由于间接式TPMS是通过监测车轮转速的变化来推断轮胎状态，因此可能存在一定的误差和不确定性。
TPMS行业概括及市场发展现状分析,预计2025年中国市场空间可达24亿元
TPMS行业概括及市场发展现状分析，预计2025年中国市场空间可达24亿元一、TPMS产业链概括TPMS全称胎压监测系统（Tirepressuremonitoringsystem），主要功能是监测汽车轮胎压力，保障行车安全。
根据销售方式的不同，TPMS可分为前装和后装；根据检测胎压方式的不同，可分为直接式和间接式两大类。
TPMS的产业链可以分为上游芯片及封测环节、中游模组环节及下游整车厂终端环节。
其中上游芯片设计环节包括MEMS供应商、ASIC芯片供应商、MCU/第三方系统解决方案商等，而上游的封测环节则主要包括芯片封测厂商和芯片验证厂商等。
中游的模组环节包括模组设计、结构设计、系统集成测试及制造等模组厂，而下游整车终端环节主要包括汽车主机厂及网络与实体销售渠道。
二、直接式TPMS与间接式TPMS对比从TPMS的产品分类来看，主要分为间接式TPMS与直接式TPMS两种分类，而在其中直接式TPMS又分为主动式与被动式两大产品形式。
间接式TPMS：间接式TPMS（Wheel-SpeedBasedTPMS）是指通过汽车ABS系统的轮速传感器来比较轮胎之间的转速差别，以达到监视胎压的目的。
直接式TPMS：直接式TPMS（Pressure-SensorBasedTPMS）则是利用安装在每一个轮胎里的压力传感器来直接测量轮胎的气压，并传输有关数据。
尽管目前行业中TPMS产品分为直接式与间接式两大类，但事实上间接式TPMS产品与直接式TPMS产品相比起来，仍具备比较大的不足。
首先是间接式TPMS没有检测用的传感器，而是通过ABS监测缺气轮胎在车身重力下压造成形变所导致的转速差别来判断，在多个轮胎同时缺气和车辆高速行驶的情况下监测效果均不理想，单其主要优点来自于ABS高普及度带来的成本优势。
而直接式在精度、反应速度、安全性及满足法规方面均优于间接式TPMS，直接式TPMS可以直接显示出轮胎气压的绝对数值，这从产品性能上直接式TPMS要优于间接式TPMS，另外随着时间推进直接式TPMS的价格也下降到了具备竞争力的层面；另一方面，从法规执行层面间接式TPMS也无法满足各大标准的需求。
什么是汽车胎压监测系统
什么是汽车胎压监测系统（TPMS）？TPMS是汽车轮胎压力监视系统“Tire Pressure Monitoring System”的英文缩写形式，主要用于在汽车行驶时实时的对轮胎气压进行自动监测，对轮胎漏气和低气压进行报警，以保障行车安全。
汽车为什么要安装汽车胎压监测系统？在汽车的高速行驶过程中，轮胎故障是所有驾驶者最为担心和最难预防的，也是突发性交通事故发生的重要原因。
据统计，在中国高速公路上发生的交通事故有70%是由于爆胎引起的，而在美国这一比例则高达80%。
怎样防止爆胎已成为安全驾驶的一个重要课题。
据国家橡胶轮胎质量监督中心的专家分析，保持标准的车胎气压行驶和及时发现车胎漏气是防止爆胎的关键。
而TPMS——汽车胎压监测系统毫无疑问将是理想的工具。
汽车轮胎压力监视系统是利用安装在每一个轮胎里的压力传感器来直接测量轮胎的气压，并对各轮胎气压进行显示及监视，当轮胎气压太低或有渗漏时，系统会自动报警。
当年，由于凡世通（Firestone）轮胎的质量问题，造成了超过100人死亡和400人受伤，此事引起了业界和美国政府的高度关注，普利斯通/凡世通公司被迫收回650万只轮胎。
据美国汽车工程师学会最近的调查，美国每年有26万交通事故是由于轮胎气压低或渗漏造成的，另外，每年75%的轮胎故障是由于轮胎渗漏或充气不足引起的。
由于每年造成的经济损失巨大，美国政府要求汽车制造商加速发展TPMS系统，以求减少轮胎事故的发生。
2000年11月1日美国总统克林顿签署批准了国会关于修改联邦运输法的提案，要求2003年后所有的新车都需把这种系统作为标准配置。
许多欧洲的汽车厂商已将TPMS装配于自己的车型之中，随着中国汽车市场的发展壮大，汽车越来越多地进入普通家庭，汽车的使用安全性更成为有车一族重点考虑的因素。
安装汽车胎压监测系统有什么好处？（1）有效防止爆胎（2）有效避免缺气行驶造成的轮胎损毁（3）有效避免油耗增加（4）确保车辆最佳操控性能（5）避免车辆部件非正常磨损汽车胎压监测系统（TPMS）的分类目前装置于车辆上的胎压监测系统分为两种，一种使用ABS传感器的间接量测系统，另一种为使用设置在轮胎上的无线接口传感器的直接量测系统。
可实现自主配置的新型TPMS设计
第３７卷第５期２０２３年９月兰州文理学院学报(自然科学版)J o u r n a l o fL a n z h o uU n i v e r s i t y ofA r t s a n dS c i e n c e (N a t u r a l S c i e n c e s )V o l ．３７N o ．５S e pt ．２０２３收稿日期:２０２３Ｇ０３Ｇ０５基金项目:无锡商业职业技术学院省级培育项目(K J X J ２１６０５);无锡商业职业技术学院大学生创新创业训练计划项目(２０２２１２７０２０１２)作者简介:肖文光(１９８０Ｇ),男,山东菏泽人,高级工程师,硕士,研究方向为电子工程技术应用．E Ｇm a i l :x w gb ７１１＠１６３．c o m．㊀㊀文章编号:２０９５Ｇ６９９１(２０２３)０５Ｇ００７５Ｇ０６可实现自主配置的新型T P M S 设计肖文光,李艳华,张建军,唐家文(无锡商业职业技术学院物联网与人工智能学院,江苏无锡２１４１５３)摘要:针对前装直接式T P M S 应用中轮胎传感器与胎压接收器匹配存在时间地点受限㊁便利性差㊁成本高等问题,提出一种可实现自主配置的新型T P M S 设计方案．该方案一方面将轮胎传感器低频触发驱动电路集成到R K E 钥匙中,实现各轮胎传感器I D 的便利自主配置;另一方面优化射频链路并采用双模无线收发器MA X ７０３２分时接收轮胎传感器和遥控钥匙发出的信号,解码输出的胎压数据通过C A N 总线传送到汽车组合仪表进行显示,解码输出的按键控制指令通过C A N 总线传送到车身控制器完成车门车窗的驱动控制．测试结果表明,双模无线收发器在曼彻斯特编码速率为２k b p s ㊁频移５０k H z 时,F S K 接收灵敏度约为－１０７d B m ,达到了设计要求．关键词:T P M S ;R K E ;S P ４０;自主配置中图分类号:T P ２１２．９㊀㊀㊀文献标志码:AD e s i g no f aN e wT P M S t oR e a l i z eA u t o n o m o u sM a t c h i n gX I A O W e n Ｇg u a n g ,L IY a n Ｇh u a ,Z HA N GJ i a n Ｇju n ,T A N GJ i a Ｇw e n (S c h o o l o f I n t e r n e t o fT h i n g s a n dA r t i f i c i a l I n t e l l i ge n c e ,W u x iV o c a t i o n a l I n s t i t u t e o fC o mm e r c e ,W u x i ２１４１５３,J i a n gs u ,C h i n a )A b s t r a c t :A i m i n g a t t h e p r o b l e m s o f l i m i t e d t i m e a n d p l a c e ,p o o r c o n v e n i e n c e a n dh i gh c o s t i n t h em a t c h i n g o f t i r e s e n s o r s a n d r e c e i v e r s i nd i r e c tT P M S ,a c o m p o s i t eT P M Sd e s i gn s c h e m e t h a t c a n r e a l i z e a u t o n o m o u s c o n f i g u r a t i o n i s p r e s e n t e d ．T h i s s o l u t i o n i n t e gr a t e s t h e l o w Ｇf r e Ｇq u e n c y t r i g g e r c i r c u i t o f t h e t i r e s e n s o r i n t o t h e r e m o t e k e y ,w h i c h r e a l i z e s t h e c o n v e n i e n t a n d a u t o n o m o u s c o n f i g u r a t i o no f t h et i r es e n s o rI D ;t h ed u a l Ｇm o d et i r e p r e s s u r et r a n s c e i v e r i s u s e d t o r e c e i v e t h e s i g n a l s f r o mt h e t i r e s e n s o r a n d t h e r e m o t e k e y i n a t i m e Ｇs h a r i n g ma n n e r ．T h ed e c o d e d d a t ai ss e n tt ot h ec o mb i n a t i o n m e t e ra n dt h eb o d yc o n t r o l l e rr e s p e c t i v e l y t h r o u g h t h eC A Nb u s ．T h e t e s t r e s u l t s s h o wt h a t t h eF S Kr e c e i v i n g s e n s i t i v i t y o f t h ed u a l Ｇm o de t i r e p r e s s u r e t r a n s c e i v e r i s a b o u t Ｇ１０７d B m w h e n t h eM a n c h e s t e r e n c o d i n g r a t e i s ２K b ps a n d t h e f r e q u e n c y d e v i a t i o n i s ５０K H z ,w h i c hm e e t s t h e d e s i g n r e q u i r e m e n t s ．K e y wo r d s :T P M S ;R K E ;S P ４０;a u t o n o m o u sm a t c h i n g ㊀㊀在汽车内部众多电子控制单元中,胎压监测系统(T i r eP r e s s u r e M o n i t o r i n g S y s t e m ,T P M S )和遥控无钥匙进入系统(R e m o t eK e y l e s sE n t r y,R K E )是汽车安全㊁防盗系统的重要组成部分．直接式T P M S 主要由轮胎传感器和胎压接收器组成．R K E 系统主要由安装在车内的主控单元和便携式钥匙模块组成．直接式T P M S 各轮胎传感器与胎压接收器需要先完成位置匹配才能正常使用．车辆出厂前一般由厂家完成配置,当车主需要轮胎换新或调换时,只能去４S 店或专业维修机构才能完成各轮胎传感器与胎压接收器的重新匹配．这种方式使得T P M S 配置的时间㊁地点都受到限制,车主不能自主完成配置,使用不方便,且花费的精力和时间较多[１]．R K E 和T P M S 是基于无线通信技术进行数据接收和发送信息,二者在射频技术指标上的对比结果如表１所列．表１㊀R K E 和T P M S 技术参数对比参数名称R K ET P M S调制模式A S K 或F S K F S K 或A S K 通信频率３１５MH z或４３３．９２MH z ３１５MH z或４３３．９２MH z 编码方式曼彻斯特码或P WM 码曼彻斯特码接收灵敏度小于－１００d B m 小于－１００d B m 通信波特率小于１０k b p s 小于１０k b p s 由于R K E 和T P M S 在射频工作原理上存在共同点,可考虑将二者的无线接收器共用,减少硬件开销从而降低成本．文献[２]提出在无钥匙进入与无钥匙启动系统中集成T P M S 的设计方案,文献[３]提出在车身控制器中集成T P M S 的方案．这两种方案都是在车身控制器中集成T P M S ,由于车身控制器需要驱动车窗㊁雨刮器等多个电机执行机构,控制电流很大,容易对T P M S 无线通信产生电磁干扰,导致T P M S 误报警或接收失败．基于遥控钥匙的便携性和方便性,本设计考虑将轮胎传感器低频触发驱动电路集成到R K E 钥匙中,同时基于共性设计的思想和C A N 总线技术,提出一种可实现自主配置的复合型T P M S设计方案,为降低成本和提升产品性能提供了新思路．1㊀系统描述可实现自主配置的复合型T P M S 主要由R K E 钥匙㊁轮胎传感器㊁双模胎压收发器以及组合仪表㊁车身控制器组成,系统组成如图１所示．R K E 钥匙内部集成有低频驱动电路,可以和轮胎传感器通过低频１２５k H z 进行通信;除了R K E 系统使用的上锁㊁解锁两个按键之外,还需要至少一个低频触发 配置 按键．当汽车点火开关为O N 状态时,胎压监测系统进入正常模式;当汽车点火开关为O F F 状态时,胎压监测系统进入熄火模式．正常模式下双模胎压收发器只接收４个轮胎传感器的胎压检测数据,熄火模式下双模胎压收发器只接收R K E 钥匙发送的按键指令．双模胎压收发器通过高速C A N 总线与组合仪表和车身控制器连接,由组合仪表完成胎压数据的显示或报警,由车身控制器完成开门㊁关门㊁车窗玻璃升降等动作．R K E 钥匙和双模胎压收发器之间的通信采用A S K 调制模式．４个轮胎传感器和双模胎压收发器之间的通信采用F S K 调制模式．R K E 和T P M S 的通信频率均为４３３．９２MH z．图１㊀T P M S 系统组成2㊀硬件设计可实现自主配置的复合型T P M S 硬件设计主要包括低频驱动电路㊁轮胎传感器电路和胎压收发器电路３部分．2.1㊀低频驱动电路设计低频驱动电路的原理是单片机产生一个１２５k H z 的P WM 信号,经低频天线和电容组成的L C串联谐振电路后变成正弦波,其驱动电路原理如图２所示．６７㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀兰州文理学院学报(自然科学版)㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３７卷㊀㊀当电路的谐振频率与P WM 信号的频率一致时,L C 电路阻抗最小,通过低频天线的负载电流最大,从而产生很强的磁场．由图２可知,当方波正脉冲输入时,经耦合电容C ２㊁C ３滤除低频分量和电阻限流后到达三极管V ３㊁V ４的基极．此时,V ３基极电压接近V D D ,V ３管截止,V ４管导通,L ２㊁C ５组成的低频谐振回路开始放电,谐振频率为１２５k H z ．D ２㊁D ３用于稳定功放三极管基极,R ３㊁R ４为发射极限流电阻．V ３㊁V ４基极并联电容C ４用于调节功放三极管开关速度,降低由开关工作转换不理想带来的损耗,适当减小加速电容C ４可以加快功放三极管的开关速度．P WM 方波负脉冲输入时情况与上述刚好相反,V ３管导通,V ４管截止,L ２㊁C ５组成的低频线圈谐振回路开始充电,由此在低频线圈L ２周围产生１２５k H z 电磁场[４]．图２㊀低频驱动电路2.2㊀轮胎传感器电路设计轮胎传感器主要由单片机㊁传感器㊁射频单元㊁电池和天线５部分组成,传感器通常包括压力传感器㊁温度传感器和加速度传感器．随着微电子机械(M E M S )技术的进步,轮胎传感器朝着将单片机㊁传感器㊁射频单元等集中到一颗芯片的单芯片化方向发展,体积更小,功耗也更低,作为其典型代表的英飞凌公司的S P ４０应用电路结构如图３所示．S P ４０应用电路分为高频发射电路和低频接收电路两部分．２．２．１㊀高频发射电路T P M S 常用工作频率有４３３．９２MH z 和３１５MH z 两个频点．美国㊁加拿大等北美国家主要采用３１５MH z 频点,而欧洲国家多采用４３３．９２MH z 频点．S P ４０只需要一个２６MH z 晶振即可同时支持３１５MH z 和４３３．９２MH z 工作频率,而早期的传感器芯片通常需要两个不同频率的晶振．L ２㊁L ３㊁C ４㊁C １１㊁C １２和C １３组成了天线匹配网络,通过优化这些参数可以抑制谐波,实现特定阻抗的天线与S P ４０功率放大器相匹配,提高天线的效能．本设计采用气门嘴作为天线,通过软件仿真和反复测试验证,最佳匹配电路如图３所示．针对不同的应用对象,S P ４０有F S K ㊁A S K 两种调制模式可供选择．A S K 调制模式是根据数字信号l 和０开通或断开载波,抗噪声能力较差,易受干扰．F S K 调制模式是按照数字信号的值来调制不同的载波频率(即０和１分别用不同的频率表示),抗干扰性能较强,由于汽车内部电磁环境复杂,所以本设计选用F S K 调制方式,并通过寄存器X T A L l 和寄存器X T A L ０实现．图３㊀S P ４０应用电路结构７７第５期肖文光等:可实现自主配置的新型T P M S 设计２．２．２㊀低频接收电路如图３所示,低频接收电路由并联的电阻R ２㊁电容C １４和低频线圈L １组成．当低频发射频率为１２５k H z 时,为使低频接收灵敏度达到最优,电容C １４和低频线圈L １的谐振中心频率应设置为１２５k H z ．若低频线圈的电感值为６．８mH ,根据谐振电路计算公式f c ＝２π１L C,可计算出谐振电容C １４取值应为２２０p F ,电阻R ２用于调整L C 谐振电路的品质因数[５Ｇ６]．2.3㊀胎压收发器电路设计胎压收发器主要由无线收发器㊁单片机㊁C A N 收发器㊁高频天线和电源组成．为兼容R K E 接收功能,无线收发器需具有接收轮胎传感器发出的F S K 信号和接收遥控钥匙发出的A S K 信号的双模接收能力,单片机选型需要支持高速C A N ２．０B 接口标准．本设计选用MA X I M 公司的双模收发芯片MA X ７０３２的应用电路结构如图４所示．MA X ７０３２的外围电路主要包括L C 谐振电路㊁天线匹配电路和晶振电路３部分．L C 谐振电路由连接在L N A O U T 引脚的电感L ６和电容C １２组成,谐振频率f ＝１２πL TO T A L ˑC TO T A L．其中,L TO T A L 为电感L ６以及印制板引线㊁封装引脚㊁混频器输入阻抗㊁L N A 输出阻抗的寄生电感之和,C TO T A L 为电容C １２以及印制板引线㊁封装引脚㊁混频器输入阻抗㊁L N A 输出阻抗的寄生电容之和．由于寄生电感和寄生电容对高频L C 谐振电路的中心频率有重要影响,因此需要通过测试进行电路优化以保证谐振频率与前端输入频率尽可能一致．前端输入频率为４３３．９２MH z,当L ６＝１６n H ,C １２＝１．８p F 时,接收灵敏度最高．天线匹配电路由电容C ７㊁C ９㊁C ５㊁C ６和电感L ２㊁L ３㊁L ４㊁L ５组成,用于完成５０Ω天线与接收输入端L N A I N 和功放输出端P A O U T 的阻抗匹配．接收输入端L N A I N 等效于一个５０Ω电阻与一个１３．４p F 电容串联,当前端输入频率为４３３ ９２MH z 时,接收端输入阻抗Z ＝５０－j ２７．为消除输入阻抗的虚部影响,需要在L N A S R C 引脚串联一个感抗为２７Ω的电感L ５,可算出匹配电感L ５约为１０n H．当调制频率为３１５MH z 时,晶振G １频率应选择１２．６７９MH z ;当调制频率为４３３．９２MH z 系统,晶振G １频率应选择１７．６３４MH z,负载电容C１㊁C ４用于修正因电路板寄生电容导致的晶振频率偏移[７]．图４㊀M A X ７０３２应用电路结构８７㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀兰州文理学院学报(自然科学版)㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３７卷3㊀软件设计软件设计主要包括自主配置步骤和胎压传感器软件控制流程两部分．3.1㊀自主配置步骤本设计实现用户自主配置包括下列操作步骤:(１)汽车点火开关打到O N状态,在组合仪表上设置光标停在右前轮,并按照１秒周期进行闪动;(２)将R K E钥匙距离右前轮气门嘴１０c m 处,按下 配置 键触发右前轮内部的轮胎传感器; (３)右前轮轮胎传感器立即检测轮胎内部的气压和温度信息,并和传感器芯片I D号打包成一帧数据发给胎压收发器;(４)胎压收发器解调出数据帧并判断,如果正确则通过C A N总线发给组合仪表显示,如果错误则丢弃继续等待接收;(５)组合仪表接收到正确的数据帧后,读取传感器I D号,将该I D号和右前轮匹配显示当前的气压值和温度值,并启动声音报警表示配对成功; (６)设置光标到下一个轮胎位置,重复步骤(２)~(５)即可完成其余轮胎内部传感器的配对．3.2㊀轮胎传感器软件控制流程当汽车点火开关状态为O N时,T P M S进入正常模式;当汽车点火开关状态为O F F时, T P M S进入熄火模式．正常模式下,轮胎传感器的软件控制流程如图５所示,４个轮胎传感器分别按照２m i n/次检测加速度,当连续５次加速度检测值在－５g~＋５g区间时认为是处于停车状态,停车状态轮胎传感器控制流程如下: (１)胎压㊁加速度检测周期均为５s,只检测数据不发射;(２)当检测气压变化值超过０．３b a r,发送一次胎压数据更新显示;(３)当检测到气压低异常状态时,按照３０s/次发送胎压数据,发送７次后按照４m i n一次发送胎压数据,气压恢复正常则自动消除报警．若加速度检测值超过ʃ５g时,则认为进入行车状态,行车状态轮胎传感器控制流程包括下列步骤:(１)检测轮胎内部气压值,并按照３０s一次发送胎压数据,发送７次后按照４m i n一次发送胎压数据;图５㊀轮胎传感器软件控制流程㊀㊀(２)气压检测周期均为５s,加速度检测周期为３m i n;(３)当检测气压变化值超过０．３b a r,发送一次胎压数据更新显示;(４)当检测到气压低异常状态时,按照５s一次发送胎压数据,发送７次后按照３m i n一次发送胎压数据,气压恢复正常则自动消除报警．熄火模式下,胎压收发器内的无线收发器MA X７０３２进入A S K接收状态,开始接收遥控钥匙发送的遥控命令,此时收发器对其他F S K信号是不能解码的．此外,胎压收发器的发送功能只在与遥控钥匙进行配对时启用[８]．4㊀性能测试T P M S的性能测试包括接收灵敏度测试㊁发射功率测试㊁传感器功能测试和传输距离测试等多个方面,下面着重对双模胎压收发器的接收灵敏度测试方法和测试结果进行说明．接收灵敏度的测试需要用到的测试仪器包括信号发生器㊁示波器㊁直流稳压电源㊁串口转换板和误码率测试软件等．测试原理为:①信号发生器模拟轮胎传感器模块产生特定频率的方波信号并调制高频输出;②输出射频信号加之无线收发器MA X７０３２的接收天线处;③MA X７０３２解码输出原始方波信号送入单片机定时捕捉引脚;④单片机根据设定脉宽门限判断方波信号对错,判断结果通过串口转换板发送到误码率测试软件;⑤测试软件统计接收１０００次出错的次数,错误次数不超过２次就是合格的,即误码率ɤ０．２％．误码率测试介面如图６所示．９７第５期肖文光等:可实现自主配置的新型T P M S设计图６㊀误码率测试界面㊀㊀MA X ７０３２的灵敏度测试包括A S K 灵敏度测试和F S K 灵敏度测试．以F S K 灵敏度测试为例,测试前信号发生器调制频率设为４３３ ９２MH z ,方波信号频率设为２k H z ,F S K 频移设为５０k H z ．信号发生器输出功率设为－１０７d B m 时,用示波器观察MA X ７０３２的D A T A 引脚输出的波形如图７所示．可以看出,此时MA X ７０３２解调输出的方波信号还是很清晰完整的,没有过冲或杂散脉冲．图７㊀M A X ７０３２解调输出波形㊀㊀用误码率测试软件对MA X ７０３２解调输出的方波信号进行误码率测试,测试部分结果如表１所列．表１㊀误码率测试结果记录时间数据类型数据标识错误次数１１:３０:０１调试信息接收错误０次１１:３０:０１调试信息接收错误０次１１:３０:０２调试信息接收错误２次１１:３０:０２调试信息接收错误０次１１:３０:０３调试信息接收错误０次１１:３０:０３调试信息接收错误０次１１:３０:０４调试信息接收错误０次１１:３０:０４调试信息接收错误０次１１:３０:０５调试信息接收错误２次１１:３０:０５调试信息接收错误０次㊀㊀按照误码率测试要求,２k b ps 调制信号的测试灵敏度约为－１０７d B m ,与数据手册相符,达到了设计要求．5㊀结语本文从方便用户使用和低成本设计的角度出发,提出了一种可实现用户自主配置的复合型T P M S 设计方案．采用该方案设计的T P M S 系统使用方便,轮胎传感器和胎压接收器匹配不受时间㊁地点限制,车主完全可以自主实现轮胎配对,同时使用T P M S 和R K E 射频共性设计,通过C A N 总线实现多单元互连,简化了控制电缆及其走线,对降低研发成本促进T P M S 普及应用具有重要意义．参考文献:[１]李艳华,张春芳．一种可实现自主配置的胎压监测控制方法[J ]．兰州文理学院学报(自然科学版),２０１８,３２(２):８５Ｇ８９．[２]路平,孙灿,张进明．P E P S 系统集成T P M S 的方案设计研究[J ]．汽车电器,２０１６(５):４７Ｇ４９．[３]汤自宁,吴瑾,王冠达,等．集成于车身控制器的胎压接收模块硬件设计[J ]．汽车电器,２０１９(６):３７Ｇ３９．[４]李艳华,张春芳．一种可实现自主配置的新型T P M S 设计[J ]．兰州工业学院学报,２０１８,２５(１):６３Ｇ６７．[５]I N F I N E O N T E C HN O L O G I E S A G．T i r e p r e s s u r em o n i t o r i n g s e n s o rS P ４０P L U S d a t a s h e e t [E B /O L ]．(２０２２Ｇ０５Ｇ１５)[２０２２Ｇ０７Ｇ１４]．h t t ps ://w w w．i n f i n e o n ．c o m /c m s /c n /p r o d u c t /s e n s o r /p r e s s u r e Ｇs e n s o r s /t i r e Ｇp r e s s u r e Ｇs e n s o r Ｇt pm s /．[６]I N F I N E O N T E C HN O L O G I E S A G．W i r e l e s s p r e s Ｇs u r e s e n s i n g [E B /O L ]．(２０２１Ｇ０７Ｇ０２)[２０２２Ｇ０７Ｇ１７]．h t t p s ://w w w．i n f i n e o n ．c o m /d g d l /I n f i n e o n ＧW i r e l e s s _p r e s s u r e _s e n s o r _S P ４０ＧA p pl i c a t i o n B r i e f Ｇv ０１_００ＧE N．pd f f i le I d ＝５５４６d ４６２７a a ５d ４f ５０１７a c ４２e ５a ６６５４c ６．[７]MA X I M．L o w Ｇc o s t ,c r y s t a l Ｇb a s e d ,p r o gr a mm a b l e ,A S K /F S K t r a n s c e i v e r w i t h f r a c t i o n a l ＧNP L LMA X ７０３２d a t a s h e e t [E B /O L ]．(２０１０Ｇ１２Ｇ０３)[２０２２Ｇ０７Ｇ１７]．h t t p s ://d a t a s h e e t s ．m a x i m i n t e g r a t e d ．c o m /e n /d s /MA X ７０３２．pd f ．[８]李艳华,王海荣．一种兼容R K E 接收功能的新型T P M S 设计[J ]．西华大学学报(自然科学版),２０１９,３８(６):４４Ｇ４８．[责任编辑:李㊀岚]０８㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀兰州文理学院学报(自然科学版)㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３７卷。
tpms传感器原理
tpms传感器原理
TPMS是一种轮胎压力监测系统，用于监测轮胎的压力和温度等信息，确保轮胎在使用过程中的安全性和可靠性。
TPMS传感器的工作原理可以概括为以下几点：
1.传感器安装：TPMS传感器通常安装在每个轮胎的气门嘴上，用
于监测轮胎的压力和温度等信息，并将这些信息传输到车辆的
驾驶舱显示屏或车辆的中央控制器中。
2.压力检测：TPMS传感器通过内置的压力传感器来检测轮胎的压
力。
压力传感器使用了一些特殊的材料，如压电陶瓷、聚酰亚
胺等，能够将压力变化转化为电信号，从而测量轮胎的压力。
3.温度检测：TPMS传感器还通过内置的温度传感器来检测轮胎的
温度。
温度传感器通常使用热敏电阻、热电偶等材料，能够感
知轮胎温度的变化，并将其转化为电信号，从而测量轮胎的温
度。
4.无线传输：TPMS传感器使用无线传输技术，如RF
（RadioFrequency）无线电通信，将测量得到的压力和温度等
信息传输到车辆的驾驶舱显示屏或车辆的中央控制器中。
无线
传输技术具有不依赖车辆电气系统、抗干扰能力强等优点。
5.数据处理：车辆的驾驶舱显示屏或中央控制器会对接收到的数
据进行处理，将压力和温度等信息显示在屏幕上，或者与其他
车辆安全系统进行联动，如ABS、ESP等。
总的来说，TPMS传感器通过安装在轮胎上的压力和温度传感器来监测轮胎的状态信息，然后使用无线传输技术将这些信息传输到车辆的驾驶舱显示屏或中央控制器中，最终实现轮胎的安全监测和管理。
一种TPMS无源化方案设计
更具有优越性 ， 不受 轮胎 中气温和气压影响， 以避免使用锂 电 可
池带来局 限性 。Ｔ Ｍ Ｐ Ｓ的未来发展趋势将朝 向无 电池方案 ， 因此 对 ＴＭ Ｐ Ｓ系统无 电池供应模式研究具 有重要意义 。
．
‘
２国内外无源方案研究 现状
美 国 Ｄ． ｙ ｅ Ｓ ｄｒ的专 利 中 ， 应用 了能量转 化概念 的发生 ｎ 是
水 平 方 向 力 Ｆ ＝ ａ＝１Ｒ ｃ ｒ ｃｎ￣ ｎ ． 切 向方 向力 凡＝ ＝ 重力 Ｇ ｍ ＝ｇ ＝ｖ ｍＲ
转角
０： ｏ Ｏ＋ １ｓ
图 ５ 汽车减 速时 ， 磁铁受力示 意图
把装置 当作车轮上一个质点 ， 车轮 由∞ 角速度 开始 以角减 。
速度 ｓ做纯滚动 。 由图 ５分析磁铁受力大小 离心力 Ｆ ：ｔｍ 假设车轮减 速到 ｔ ｒ ｏ Ｒ（ Ｚ 时刻 ， ｍ为磁铁质 量 ， 为 车轮半径 。）
３４减 速情 况分 析 ．
图 ３ 汽车加 速时 ， 铁受力示意 图 磁
把装置当作 车轮 上一 个质点 ，车轮 由静止 以角加速度 ｓ做 纯滚动。 由图 ３分析磁铁受力大小 离心力 ｎ ＝ｍ ） ＝ ） 假设车轮 由静止运动到 ｔ ｏＲ ｍ（ ２ ２ Ｒ（ 时刻 ， ｍ为磁铁质量 ， 为车轮半径 。）
．
‘
３ 新无源方案设计
３１根据 能量 转化原 理 ．
本 文提 出一个新 的设计方 案（ １ ， 汽车转动能量 变为 图 ）把
来 稿 日期 ：０ ６ １— ０ ２ ０ — ０ ３
图 ２新方案工作原理图
维普资讯
第 ７期
徐连 强 等 ： 一种Ｔ ＭＳ无 源化 方案设 计 Ｐ
池， 电源空载电压 ３ — ．Ｖ， ． ３ 负载 电压 ２８ ３ Ｖ。无 电池供应模 ０ ６ ． ． —４
tpms方程
tpms方程
TPMS方程是指轮胎压力监测系统（Tire Pressure Monitoring System）的方程。
它用于计算轮胎压力是否在安全范围内。
TPMS方程的具体形式可能因不同的系统而异，但通常会涉及到以下几个参数：
1. 轮胎压力（P）：轮胎压力是TPMS方程中的主要参数，表示轮胎内部的气压。
2. 安全压力（Ps）：安全压力是轮胎在正常驾驶条件下应该保持的最小压力。
如果轮胎压力低于安全压力，则可能会对轮胎的抓地力、操控性和舒适性产生负面影响。
3. 温度（T）：温度是另一个重要的参数，它会影响轮胎压力的变化。
随着温度的升高，轮胎压力也会相应增加。
4. 参考压力（Pr）：参考压力是用于比较实际轮胎压力的基准值。
通常，参考压力是根据轮胎类型、尺寸和负载等因素计算得出的。
TPMS方程的一般形式如下：
P/Pr < (Ps - KT) / (1 + KT)
其中，K是一个常数，通常是根据轮胎类型和气候条件等因素确定的。
如果实际轮胎压力P低于通过方程计算得出的期望轮胎压力（Ps - KT）/（1 + KT），则TPMS会发出警报。
需要注意的是，TPMS方程只是一种模型，它可能无法涵盖所有情况和变量。
因此，在使用TPMS方程时，应该根据实际情况进行调整和修正。
汽车tpms标准
汽车tpms标准
TPMS是指车辆胎压监测系统（Tire Pressure Monitoring System）。
该系统能够监测车辆的轮胎胎压，并在胎压异常时发出警报，以提醒驾驶员及时采取措施避免事故发生。
在不同国家或地区，TPMS标准可能有所不同。
以下是一些常见的汽车TPMS标准：
1. 美国：美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）制定了TPMS 的强制性要求。
根据NHTSA的要求，所有在美国销售的新车型从2008年开始都必须配备TPMS。
2. 欧洲：欧洲联盟（EU）制定了对TPMS的统一法规。
根据该法规，从2012年开始，在欧洲销售的所有新车型都必须配备TPMS。
3. 中国：中国国家质量监督检验检疫总局（AQSIQ）发布了关于TPMS的强制性要求。
根据该要求，从2019年1月1日起，在中国销售的所有新车型都必须配备TPMS。
除了以上国家或地区的标准之外，还有其他国家或地区也有针对TPMS的规定和标准。
不同的标准可能涉及TPMS的技术要求、性能指标以及测试方法等。
TPMS标准的出现旨在提升车辆安全性能，减少因轮胎胎压异常而导致的事故发生。
根据不同地区的标准要求，车辆制造商需要确保其产品符合相应的标准，并为驾驶员提供及时准确的胎压监测和警示功能。
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技术与发展趋势1TPMS的系统组成P/T/A SonserMCURFBatteryAntenna2TPMS发射器压力传感器 温度传感器 加速度传感器 电压检测 定时器 S/H ADC SPI Calibration Data & IDMCURF 发射天线 AntennaSP12锂亚电池TPMS发射器由五个部分组成（1）具有压力、温度、加速度、电压检测和后信号处理 ASIC 芯片组合的智能传感器SoC； （2）4-8位单片机（MCU）； （3）RF射频发射芯片； （4）锂亚电池； （5）天线。
外壳选用高强度ABS塑料。
所有器件、材料都要满 足-40℃到+125℃的使用温度范围。
3TPMS接收器键盘 Key天线 AntennaRF 接收器MCULCD （点阵）DC 电源TPMS接收器由六个部分组成（1）天线 （2）RF接收器 （3）MCU （4）键盘 （5）LCD点阵/字符、LED （6）DC电源4基于SP12的TPMS 方案 TxSensor+ MCU(with LF)+ UHF ASK/FSK Transmitter Sensor+ MCU(with LF)+ UHF ASK/FSK TransmitterAcceleration T emperature PressureSP12 SP12 SPI InterfaceMCUTDK51XXF RF TXADC Signal Conditioning VoltageCompensation.LF LFLi –A Battery5基于SP12的TPMS 方案 RxUHF ASK/FSK Receiver + MCU + LCD/LED Display UHF ASK/FSK Receiver + MCU + LCD/LED DisplayTDA52XXRF Rx RF RxMCULED/LCD DisplayPOWER6基于SP30的TPMS发射方案 TxSP30ASIC RISC MCU Pressure ADC Signal Conditioning Compensation3V Li-ion BatteryRF TransmitterTx Data TDK5100F TDK5101FAccelerationLF InterfaceTempVoltageLF Rx antenna resonance circuit7TPMS 接收器方案 RxDisplaySAK-XC866 8-Bit MCURx DataTDA5210 TDA5211AntennaRF ReceiverTLE4264G TLE4269GVoltage Regulator+12V PowerNET8TPMS发射系统9传感器模块是TPMS的关键器件之一10TPMS传感器模块•TPMS传感器是一个集成了半导体压力传感器、半导体温度传感器、数字信号处理单元、和电源管理器的片上系统模块。
为了强化胎压检测功能，有不少TPMS传感器模块内还增加了加速度传感器、电压检测、内部时钟、看门狗，和带12 bit ADC、4k Byte Flash、2k ROM、128 Byte RAM、128 Byte EEPROM及其它功能的ASIC数字信号处理单元或MCU 。
这些功能芯片使得TPMS传感器不仅能实时检测汽车开动中的轮胎压力和胎内温度的变化，而且还能实现汽车移动即时开机、自动唤醒、节省电能等功能。
电源管理器确保系统实现低功耗，使一节锂电池可以使用3-5年。
TPMS的压力传感器都是用基于MEMS技术来设计、生产的，主要有硅集成电容式压力传感器，如Motorola的MPXY8020、MPXY8040；和硅压阻式压力传感器，如GE NovaSensor的NPX1、NPX2，InfineonSensoNor的SP12、SP12T、SP30。
硅压阻式压力传感器是采用高精密半导体电阻应变片组成惠斯顿电桥作为力电变换测量电路的，其测量精度能达0.01-0.03%FS。
硅集成电容式压力传感器vs硅压阻式压力传感器11SP30内部结构压力、加速度、温度MEMS芯片与电压检测、MCU组合封装在一个包装内。
组合压力和加速度传感器的die12SP30压力传感器内部结构三层堆叠模块(玻璃－硅－玻璃)具有最佳的介质兼容性1316SP30功能框图SensoNorSensor +Philips MCU18TPMS 传感器模块技术发展趋势汽车轮胎压力监视系统是驾车者、乘车人的生命安全保障预警系统，将是一个永恒的主题，因此，TPMS 将成为汽车安全保障系统之一。
TPMS 发射模块将向高度集成化、单一化、无线无源化方向发展。
随着TPMS 产品市场对IC 高整合度和高可靠性的要求，目前已经有了如InfineonSP12/SP30、GE NPX 那样的将所需测试各物理量的传感器与MCU 合二为一的智能传感器模块，在未来几年内还会开发出包含RF 发射芯片三合一的模块，包含利用运动的机械能自供电的四合一的模块，届时胎压力监测发设器只有一个模块和一个天线组成，客户的二次设计变得十分简便。
TPMS传感器模块技术发展趋势米其林集团公司、固特异轮胎橡胶公司已开发出在轮胎制造时的成形工序中，将压力、温度监测和信号发射装置被埋入轮胎胎壁内，它在轮胎的整个寿命期间（一般为1～7年）发挥作用；作为信号接收装置做成如手机的手握式解码读出器，可方便驾驶者出车时插装在车上，下车後随身携带。
以RFID技术作为研发智能轮胎的基础，美国固特异轮胎橡胶公司就是其中的一员。
该公司和西门子VDO汽车配件公司合作，成功研发出一种钮扣电池般大小的带RFID卡传感器。
该传感器除了能够感知轮胎内的气压、胎体温度的变化并发射反映这种变化的信号外，还具有标识轮胎的功能，也就是说，它既可用於轮胎气压监测，还可以用於轮胎历程可追溯性记录。
上海交通大学也开始基于声表波技术的TPMS开发研究，这种能同时测量轮胎内压力、温度和发射数据的SAW传感器，不仅可实现智能轮胎信息的无源测量和无线发送，并且将拥有中国人自主的知识产权。
1920选好RF 是TPMS关键之二RF 芯片选用的要求是：（1）发射功率尽可能大，接受灵敏度尽可能高；（2）芯片外型尺寸尽可能小；（3）具有比较好的性能/价格比。
21天线设计思考--TPMS 关键之三•TPMS 发射器的天线靠近气门咀，位于轮毂内，因而在设计天线时必须考虑金属轮毂和车轮高速行驶时天线不断变换方向、角度的影响。
•螺旋天线可能是一种比较好的选择，它可扩大发射和接收的角度，有效地克服静动态盲点。
•螺旋天线的直经（D ）、圈数（N ）、圈间距（S ）、螺旋角（α）决定了天线的效率、增益和方向性。
外置天线增强信号接收能力的方法之一Passenger Car SystemTruck and Bus System22加速度传感器与唤醒SP12/30 和系列的智能传感器都包含了加速度传感器，加速度传感器利用其质量块对运动的敏感性，实现汽车移动即时开机，进入系统自检、自动唤醒，汽车高速行驶时按运动速度自动智能确定检测时间周期，用软件设定安全期、敏感期和危险期，以逐渐缩短巡回检测周期和提高预警能力、节省电能等功能。
可以利用加速度传感器+MCU+软件设计完成唤醒的功能设定，不再需要用其它芯片，以免增加成本。
2324TPMS产品发展趋势轮毂内气门咀按装轮胎外气门咀按装产品发展趋势TPMSTruck and Bus Car Array多轮大卡车的接收器按装在倒车镜上的接收器25大卡车TPMS需要信号转发器大卡车用TPMS的发射器可多至36个，因此后面几十个轮子的信号都要接力和中转，必须加信号转发器，因为现在的大卡车从后轮到驾驶室的距离在10米左右，半挂车更长，TPMS的发射功率如超过10dBm，那末整个产品和系统要接受无线电管制委员会管制，因此全世界几乎所有的TPMS发射功率都在此以下，信号转发器可以缩短接收器的接收距离，提高接收效果。
2627中国TPMS 市场迎来初春•2005年中国的TPMS 开发、生产厂商已经多达200家，其中有自主设计和生产能力的占30%，真正大批量生产的厂家很少。
•一大批本科生、研究生以TPMS 为毕业设计课题，为TPMS 造就了一批可用之才和新鲜血液。
•一批国内生产的汽车开始将TPMS 作为标准配置。
•等待中国政府行为，TPMS 市场增长的驱动力来自政府高速公路交通安全管理的立法。
•美国政府要求汽车制造商加速发展TPMS 系统，在2000年美国国会通过了TREAD 法案。
TREAD 法案的要求之一是到2007年，所有在美国销售的汽车都必须安装轮胎压力监视系统。
美国公路交通安全局（NTHTSA ）要求所有在美国销售的汽车都必须安装轮胎压力监视系统，并提出了汽车生产商的执行时间表。
•美国《今日美国报》4月8日报道说，到2008年，所有重量在10000磅以下的四轮汽车都必须安装轮胎压力监测系统，这一规定适用于轿车、跑车、皮卡和面包车。
报道还指出，美国汽车制造商称，他们生产的汽车中已经有大约18%采用TPMS 技术。
28美国TPMS 法案•美国国家高速公路交通安全管理局TPMS 装配规定(April 8, 2005)•美国公路交通安全局（NTHTSA ）要求所有在美国销售的汽车都必须安装轮胎压力监视系统，并提出了汽车生产商的执行时间表。
–新出厂的轻型汽车* TPMS 配置率:•2005, 10月5日*20% (第1阶段)•2006, 9 月1日70% (第2阶段)•2007, 9 月1日100%•* 180 daysafterpublicationin thefederalregister–Changes to Proposed Rule making (Sep 16, 2004):•Carry-forward credits for light vehicles (that are manufactured between April 8, 2005, and the conclusion of phase-in on Sep 1, 2007)•Carry-backward credits for manufacturers (which defer compliance with a part or all of thecertification requirements under the standard of the first phase-in period)* 轻型汽车即整车毛重不超过4,536 kg (10,000 磅)ChinaTPMSMarket Scenario中国TPMS市场预测中国正在成为全球最大的汽车市场，据有关部门对中国TPMS市场预测：2005年底市场容量就将达20万套，近7亿人民币；2006年将达到50万套，近17亿元。